第七章 固定床反应器.ppt

第一页，共四十一页，2022年，8月28日 第六章 固定床反应器 6.1 概述 6.2 固定床中的传递过程 6.3 固定床反应器的数学模型 6.4 固定床反应器的设计计算 6.5 固定床反应器模型评述 凡是流体通过静止不动的固体物料所形成的床层并进行化学反应的装置都称为固定床反应器。 第二页，共四十一页，2022年，8月28日 6.1 概 述 6.1.1 固定床反应器的分类 固定床反应器 轴向反应器 径向反应器 绝热式 换热式 单 段 绝 热 式 多 段 绝 热 式 等 温 式 自 热 式 第三页，共四十一页，2022年，8月28日 6.1.2 固定床反应器的结构、特点 1、单段绝热式固定床 1）结构: 2）特点: 催化剂 原料气 产物气 瓷环、瓷球 结构简单，床层内没有换热装置。 适用于热效应较小、单程转化率较低、容许较大的反应温差的场合。 第四页，共四十一页，2022年，8月28日 * 化学反应工程—固定床反应器 * 2、多段绝热式固定床 催化剂 催化剂 换热器 进料 1）结构及组合 段间换热的绝热式固定床 第五页，共四十一页，2022年，8月28日 冷激式绝热式固定床 2）特点 段间换热，调节温度。 适用于热效应较大，反应允许温差较小，要求单程转化率较大的场合。 第六页，共四十一页，2022年，8月28日 进气 出气 冷却水 热水 列管式固定床 3、换热式固定床 1）结构 反应器外壳用膨胀圈施行热补偿。 管间设有折流板，以增大传热系数，强化传热。 自热式固定床 主气流 旁路气流 产物气 催化剂 换热器 第七页，共四十一页，2022年，8月28日 2）特点 气体流动接近于平推流，催化剂用量少，反应选择性高。 传热效果较均相反应器好。 适用于热效应大、反应温度需严格控制的场合。 4、径向反应器 主气流 旁路气流 产物气 催化剂 换热器 径向反应器 1）结构 2）特点 压降小，节省压缩工。 使用小颗粒催化剂，催化剂表面利用率高。 返回 第八页，共四十一页，2022年，8月28日 6.2 固定床中的传递过程 一、催化剂密度 堆积密度： 颗粒密度： 真密度： 二、催化剂颗粒直径 体积相当直径：以体积相等的球形颗粒表示非球形颗粒的直径。 面积相当直径：以面积相等的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。 比表面相当直径：以比表面积相等的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。 6.2.1 床层内的若干物理参数 第九页，共四十一页，2022年，8月28日 对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数据按下式计算： 筛孔的大小以数目表示：常用的有标准筛和泰勒标准筛。 0.105 0.121 0.152 0.193 0.272 0.442 0.920 孔的尺寸（mm） 140 120 100 80 60 40 20 目数 标准筛部分规格 第十页，共四十一页，2022年，8月28日 三、催化剂颗粒形状系数 球形颗粒的外表面积与体积相等的非球形颗粒的外表面积之比称为形状系数。 三种直径与形状系数的关系： 固定床的当量直径de为水力半径RH的四倍，即： 第十一页，共四十一页，2022年，8月28日 空隙率是催化剂床层的重要特性之一,它对流体流动、传质、传热都有较大影响,同时又是影响压力降的主要因素。 1、床层空隙率：是指颗粒间自由体积与整个床层体积之比。 空隙率的大小与催化剂颗粒的形状、粒度分布、颗粒表面粗糙度、颗粒直径与床层直径之比以及颗粒的填充方法等有关。 2、壁效应：实验指出，空隙率在床层径向的分布是不均匀的，在贴壁处空隙率最大，在离壁1~2dp处空隙率较大，而床层中部空隙率最小，器壁对空隙率分布的这种影响及由此造成对流体流动、传质和传热的影响，称为壁效应。 6.2.2 床层空隙率与压降 第十二页，共四十一页，2022年，8月28日 为了消除壁效应的影响,一般取dt/dp8 3、床层压力降 床层压力降 流体与颗粒表面间的摩擦阻力 流体在孔道中的收缩、扩大和再分布所造成的局部阻力 层流 湍流 计算压降的公式之一——埃冈（Ergun）式： 第十三页，共四十一页，2022年，8月28日 6.2.3 固定床内径向传递 一、固定床径向传热 径向传热 床层内传热 器壁与边界层流层之间的传热 传热方式 热传导、热对流、热辐射。 传热步骤 热传导、热对流 传热方程 将床层热阻和壁膜热阻和并作为一个热阻来考虑，用床层的传热系数h0来表示：以下推荐两个计算h0的关联式。 第十四页，共四十一页，2022年，8月28日 对于球形颗粒，当20Rem7000,0.05ds/dt0.3时， 对于圆柱形颗粒，当20Rem800,0.03ds/dt0.2时， 第十五页，共四十一页，2022年，8月28日